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Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
FACULTAD DE AGRONOMÍA - U.B.A.
Tesina de Grado
EFECTO DE LA FERTILIZACIÓN Y LA INOCULACIÓN CON BRADYRHIZOBIUM JAPONICUM EN UN CULTIVO DE
SOJA (GLYCINE MAX L.) SOBRE UN ARGIUDOL TÍPICO
TESISTA: CIAMPITTI, IGNACIO A.
DIRECTORA: CONTI, MARTA E. (FAUBA)
CONSEJERO: CIARLO, ESTEBAN A. (FAUBA)
Diciembre 2005
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Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
1- RESUMEN
El óxido nitroso, N2O, es un constituyente importante de la atmósfera porque absorbe
radiación infrarroja y, por lo tanto contribuye al efecto invernadero. Es producido en el suelo
a través de los procesos de nitrificación y denitrificación. En un estudio a campo, llevado a
cabo sobre un Argiudol típico en la Facultad de Agronomía (UBA), se evaluó el efecto de
distintos niveles de fertilización y de la presencia de plantas inoculadas con Bradyrhizobium
japonicum y no inoculadas, de un cultivo de soja [Glycine max (L.) Merrill], sobre las
emisiones de óxido nitroso, con el propósito de analizar la influencia de las distintas prácticas
de manejo y de los distintos controles biológicos y no biológicos. Los gases se extrajeron de
cilindros de PVC enterrados y la lectura se realizó con cromatografía gaseosa. Las emisiones
presentaron valores crecientes desde la siembra hacia madurez fisiológica del cultivo, para
todos los tratamientos; este comportamiento fue concomitante con la evolución presentada por
los nitratos. La fertilización nitrogenada aumentó significativamente (P<0.05) las emisiones y
la variable inoculación solo presentó efectos ligeros con el mayor nivel de fertilización
(P=0.09). Los valores más elevados de óxido nitroso se observaron en los tratamientos
fertilizados con mayor dosis e inoculados. La variable que mejor explicó las emisiones
acumuladas es el nivel promedio de nitratos del suelo (r2 = 0.1899; P=0.0231). Las variables
carbono soluble (r2 = 0.2593; P=0.0067) y humedad (r2 = 0.2392; P=0.0394) sólo presentaron
asociación con las emisiones durante el período de descomposición de residuos. Las
emisiones durante el período de descomposición de rastrojos se explicó por el modelo de
regresión múltiple, N2O = 12,75 + 0,25 * HUMEDAD + 0,03 * C SOL (P=0.046). El análisis
multivariado realiza un ordenamiento entre las variables que presentan un alto grado de
correlación y permite evaluar la complejidad de las variables reguladoras de las emisiones.
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Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
Palabras clave: Denitrificación, nitrificación, gas de efecto invernadero, nitrógeno.
2- INTRODUCCIÓN
2.1- Planteo del problema y revisión de antecedentes
El óxido nitroso, N2O, es un constituyente importante de la atmósfera porque absorbe
radiación infrarroja y, por lo tanto contribuye al efecto invernadero. La concentración original
de N2O en la atmósfera, cuando no existía la influencia antrópica, era de 275 ppb (Bøckman y
Olfs, 1998). La concentración atmosférica en la actualidad de óxido nitroso es de alrededor de
310 ppb y está aumentando a un ritmo de 0,6-0,9 ppb (0,25%) por año y su vida media es de
166 ± 16 años (Kaiser et al., 1998). El potencial de calentamiento global de cada molécula de
óxido nitroso es de alrededor de 250 veces mayor que cada molécula de CO2. El óxido nitroso
actualmente es responsable del 5% del calentamiento global y podría llegar hasta valores a
10% en el futuro (Mosier, 1998). El óxido nitroso no se pierde en la tropósfera: el único
mecanismo significativo de eliminación del óxido nitroso atmosférico es el transporte hacia la
estratosfera donde es fotolíticamente oxidado a óxido nítrico el cual reacciona con el ozono
estratosférico, destruyéndolo. El óxido nitroso es la principal fuente del óxido nítrico
estratosférico. Ha sido estimado que duplicar la cantidad de óxido nitroso atmosférico
resultaría en una disminución del 10% en la capa de ozono (Chang et al., 1998).
Debido a que el 70% del óxido nitroso emitido desde la biosfera deriva del suelo, se
asume que cambios en el ciclo del nitrógeno en los suelos han influenciado en los aumentos
en óxido nitroso atmosférico durante el siglo pasado (Mosier et al., 1996). El óxido nitroso es
producido en el suelo, a través de los procesos de nitrificación y denitrificación del nitrógeno
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Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
adicionada al suelo, movilizado por intensas fertilizaciones nitrogenadas en cultivos agrícolas
(Rochette, 2004). La agricultura es considerada responsable de aproximadamente, el 20-70%
del óxido nitroso antropogénico, que es liberado a la atmósfera (Marinho et al., 2004). Se
proyecta que el uso de fertilizantes y la fijación biológica continuarán aumentando durante los
próximos 100 años (Mosier et al., 1996). Se ha estimado que alrededor de 1,5 Tg de nitrógeno
son inyectados directamente a la atmósfera cada año como óxido nitroso como resultado de
aplicaciones de fertilizantes a ecosistemas agrícolas, sin tener en cuenta los abonos animales
ni la fijación biológica de nitrógeno (Watson, 1992). Esto representa acerca del 44% de los
inputs antropogénicos y alrededor del 13% de los inputs totales hacia la atmósfera. En el año
1997 la mayor fuente de óxido nitroso en los Estados Unidos fue el uso de fertilizantes
nitrogenados (EIA, 1998).
2.1.1- Disponibilidad de nitrógeno mineral y producción de óxido nitroso
Varios parámetros fueron identificados que afectan la tasa de producción de óxido
nitroso a partir de los sistemas agrícolas, incluyendo la disponibilidad de nitrógeno
(Bouwman, 1996; Brown et al., 2000; Maggiotto et al., 2000), temperatura (Goodroad y
Keeney, 1984; Castaldi, 2000), pH (Daum y Schenk, 1998; Mogge et al., 1999) y contenido
hídrico del suelo (Dobbie et al., 1999; Zheng et al., 2000). Mosier et al., (1996) declaran que
las condiciones que favorecen la producción de óxido nitroso son un alto-medio nivel de
humedad, que limite la difusión de oxígeno, alta disponibilidad de nitrógeno mineral y alta
disponibilidad de carbono orgánico.
La acumulación de nitratos puede influir en las emisiones de óxido nitroso. Los
nitratos son el principal sustrato de la denitrificación, proceso responsable de la mayor parte
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de las emisiones de óxido nitroso. Es probable que bajas concentraciones de nitratos
estimulen la reducción del óxido nitroso a dinitrógeno (Gaskell et al., 1981; Bandibas et al,
1994). A medida que aumenta el porcentaje de nitratos que se pierden por denitrificación, o
sea a medida que el suelo se va quedando sin nitratos, el dinitrógeno pasa a ser el principal
gas producido (Weier et al., 1993; Stevens y Laughlin, 1998). Schlegel (1992) explica este
fenómeno concluyendo que los nitratos son preferidos con respecto al óxido nitroso como
aceptor de electrones. Bremner (1997) concluye que bajas concentraciones de nitratos pueden
retardar la reducción de óxido nitroso a dinitrógeno, mientras que altas concentraciones
inhibirían casi completamente este proceso, y que el efecto inhibitorio de los nitratos en la
reducción del óxido nitroso se acentúa marcadamente con disminuciones en el pH,
coincidiendo con otros autores (Stevens y Laughlin, 1998).
Los suelos fertilizados son contribuyentes substanciales de las emisiones de óxido
nitroso a la atmósfera y son la única fuente atmosférica biogénica de óxido nitroso que puede
ser rápidamente manipulada (Skiba et al, 1993). El aumento en las emisiones de óxido nitroso
desde suelos agrícolas durante las últimas décadas ha sido relacionado al incremento en la
aplicación de fertilizante nitrogenado a estos suelos (Mosier et al., 1996). Se proyecta que el
uso de fertilizantes nitrogenados va a continuar durante los próximos 100 años (Hammond,
1990). Una gran parte de este incremento es necesaria para continuar con la producción global
de alimentos para satisfacer las necesidades de una población en rápida expansión, ya que la
producción de los cultivos puede ser relacionada directamente con el uso de fertilizantes
nitrogenados. En consecuencia aumentos permanentes en la eficiencia de uso del fertilizante
son más que deseables, especialmente en sistemas agrícolas de alto rendimiento, que
representan los sistemas agrícolas que producen la mayor parte de los alimentos a nivel
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global, y que se caracterizan por el uso intensivo de agroquímicos (fertilizantes y pesticidas),
de maquinaria, irrigación, variedades e híbridos de cultivos de cereales de alto rendimiento y
otras herramientas (Simek y Cooper, 2001). Aproximadamente se aplica a los fertilizantes un
factor de emisión de óxido nitroso de 1,25 (Stevens y Laughlin, 2001).
El peligro de contaminación por el uso desmedido e inadecuado de fertilizantes exige
conocer las relaciones entre la disponibilidad de nutrientes y sus mecanismos de pérdida y
transformación en el sistema suelo-planta en distintas situaciones ambientales. Estos aspectos
son muy importantes en sistemas agrícolas con imagen tradicionalmente “limpia”, como el
caso de Argentina (Giuffré et al., 1997b). En teoría, un mejoramiento en la eficiencia del uso
de los fertilizantes usados debería disminuir los perjuicios ambientales generados por ellos;
sin embargo este ítem está poco desarrollado y requiere estudios a campo, para poder medir
los posibles beneficios (Bøckman y Olfs, 1998).
2.1.2- Influencia de la descomposición de los residuos de un cultivo en las emisiones
La presencia de un cultivo puede afectar de distintas maneras los niveles de emisión de
óxido de nitroso de un suelo. Las plantas por un lado remueven agua y nitratos, reduciendo las
emisiones de óxido nitroso, pero aportando carbono soluble y reduciendo la concentración de
oxígeno rizosférica. La mayoría de los estudios publicados no son continuos y se basan en la
estación de crecimiento de los cultivos. Mientras que el período de crecimiento está
caracterizado predominantemente por la fertilización nitrogenada y un intenso crecimiento
vegetal, el período de barbecho está principalmente influenciado por la mineralización de los
residuos incorporados. Kaiser et al. (1998) encontraron valores similares de emisión de óxido
nitroso durante el período vegetativo y en el barbecho, aunque en este último período los
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Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
niveles de agua edáficos fueron significativamente mayores.
La relación C/N de los residuos se encuentra inversamente relacionada con la tasa
inicial de descomposición del mismo, por lo tanto los cultivos de baja relación C/N, como la
soja, presentan tasas de descomposición altas, que liberan una gran cantidad de nitratos,
incrementando los niveles de óxido nitroso emitidos (Aulakh, 1991).
2.1.3- Factores de Manejo y las emisiones de óxido nitroso
Los distintos usos y prácticas de manejo agrícola afectan los niveles de producción de
óxido de nitroso, a través del cambio en los parámetros que regulan este tipo de pérdidas de
N. Los sistemas agrícolas de alto rendimiento se basan en altos inputs de agroquímicos. La
producción con híbridos y variedades de alto rendimiento induce al uso de fertilizantes en
forma continua y masiva, fundamentalmente de nitrógeno y fósforo, pudiendo producir
cambios en la naturaleza de los suelos y riesgo de contaminación ambiental por lixiviación,
emisiones gaseosas o elevación de concentración de sales de suelos y capas freáticas.
La introducción de leguminosas al sistema agrícola, puede incrementar la producción
de alimentos y la fijación biológica de nitrógeno, pero contribuye a la emisión de óxido
nitroso de numerosas maneras (Yang y Cai, 2005). La fijación biológica de nitrógeno por las
leguminosas, puede contribuir a la producción de óxido nitroso en el suelo, de la misma
manera que la fertilización nitrogenada, a través de los procesos de nitrificación y
denitrificación.
El cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill] es uno de los componentes más
importantes de los sistemas agrícolas de Argentina, totalizando 15 millones de hectáreas de
superficie ocupada y con una producción de 36.5 millones de toneladas (INDEC, 2004). La
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Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
bacteria Bradyrhizobium japonicum se asocia al cultivo a través de nódulos radicales,
incorporando nitrógeno atmosférico al suelo, y siendo los mismos capaces de denitrificar y
producir óxido nitroso (Mosier, 1996). Duxbury et al. (1982) sugieren que las leguminosas
pueden incrementar las emisiones de óxido nitroso, de dos a tres veces más, comparado con
campos sin fertilizar.
El análisis multivariado es una técnica estadística que constituye una herramienta
poderosa para la investigación y simplificación de estructuras de datos complejas (Legendre y
Legendre, 1998). El análisis multivariado puede ser considerado muy importante para la
evaluación de la complejidad de las variables reguladoras de las emisiones durante el ciclo de
un cultivo. La investigación de los niveles de emisiones de gases nitrogenados derivados de
los procesos biológicos del suelo, requiere no sólo de aspectos biológicos, sino que los
parámetros químicos sean considerados ambos de manera simultánea. El análisis de
conglomerados permite agrupar los diferentes tratamientos descriptos por un conjunto de
valores de varias variables. Esta técnica permite reunir unidades de estudio cuya similitud es
máxima bajo algún criterio y diferenciar entre variables que no presentan grado de similitud.
El análisis de componentes principales permite analizar la interdependencia de variables y
encontrar una representación gráfica óptima de la variabilidad de los datos, donde pueden
visualizarse tanto tratamientos como variables, a fin de estudiar la asociación existente entre
ellas. Este análisis, permite encontrar un nuevo conjunto de variables (componentes
principales) no correlacionadas que expliquen la estructura de la variación de los datos, con la
menor pérdida de información posible. Esta nueva combinación intenta maximizar las
diferencias entre los tratamientos, de modo que su correcta interpretación a través de los
valores asignados a cada variable en la componente principal, puede aportar valiosa
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Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
información acerca de la sensibilidad de las variables para actuar como potenciales
reguladores de las emisiones de óxido nitroso.
Actualmente existe un escaso conocimiento de las emisiones de óxido de nitroso a
partir de cultivos agrícolas, más precisamente del cultivo de la soja. Las emisiones de óxido
de nitroso, pueden incrementarse debido a la inoculación con bacterias fijadoras de nitrógeno
y la utilización de los fertilizantes, prácticas normales en el cultivo de soja. El objetivo de
este proyecto de tesina de grado, es cuantificar el efecto de la fertilización e inoculación con
Bradyrhizobium japonicum sobre las emisiones de óxido nitroso, bajo distintas condiciones de
manejo y analizar los distintos controles biológicos y no biológicos sobre las emisiones
absolutas de este gas en un suelo argiudol típico durante el ciclo de cultivo de soja.
2.2- Significado-Justificación
Un nuevo énfasis en aspectos ambientales con respecto al nitrógeno ha provocado
cambios en las actividades de investigación en los últimos años. En primera instancia ha
aumentado la importancia dada a la medición de pérdidas bajo determinadas circunstancias de
modo que algunas cuantificaciones preliminares de impacto ambiental pudieran ser hechas.
Se advierte la necesidad de generar “presupuestos” ambientales de emisiones de gases
nitrogenados especialmente el óxido nitroso, nocivo para el medio ambiente.
El conocimiento de las transformaciones y pérdidas de los principales elementos como
consecuencia de las elevadas fertilizaciones requeridas por los cultivos de alto potencial
genético, permitirá maximizar la eficiencia de recuperación del fertilizante incorporado en los
residuos y disminuir los riesgos de perjuicio ambiental.
La superficie cultivada en el país ha tenido un aumento progresivo durante los últimos
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Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
años, y específicamente el cultivo de soja es el que participa en mayor proporción del área
cultivada. La información sobre este cultivo es somera, y sobre todo de cual es el efecto sobre
el ciclo del nitrógeno y más precisamente las pérdidas a través de emisiones de óxido nitroso,
perjudiciales para la atmósfera.
Desde diversos ámbitos, existe una demanda creciente de información relativa al
impacto de las modernas prácticas agrícolas sobre las propiedades físicas, químicas y
biológicas de los suelos.
Los conocimientos adquiridos serán de utilidad tanto en los sectores productivos,
gubernamentales y privados, ya que aportará herramientas de apoyo a la toma de decisiones y
fijación de políticas de fertilización.
2.3- Objetivos e hipótesis del trabajo
Objetivos
Objetivo general
Analizar la influencia de distintos factores biológicos y no biológicos, y el
cultivo, incluyendo sus estados fenológicos, sobre las emisiones de óxido
nitroso, en suelos pertenecientes a sistemas agrícolas.
•
•
•
•
Objetivos específicos
Determinar los efectos de la presencia de un cultivo de soja, sobre la emisión
de óxido nitroso desde el suelo.
Relacionar los diferentes momentos ontogénicos de dicho cultivo con las
emisiones de óxido nitroso.
Determinar la magnitud de los efectos de la inoculación del cultivo de soja,
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Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
sobre la producción de óxido nitroso.
Determinar los efectos de la fertilización nitrogenada y su interacción con el
proceso de fijación biológica de nitrógeno sobre las emisiones de óxido
nitroso, en un suelo Argiudol típico de la Región Pampeana.
•
• Determinar los efectos de la descomposición de residuos ricos en compuestos
nitrogenados sobre las pérdidas gaseosas de nitrógeno del suelo por emisiones
de óxido nitroso.
Hipótesis
I. Presencia de plantas y emisiones de óxido nitroso
- La presencia de plantas disminuye los niveles medios de nitratos y el contenido de
agua del suelo, lo que lleva a una reducción en las emisiones de óxido nitroso.
II. Estados Ontogénicos del cultivo de Soja y emisiones de óxido de nitroso
- Durante los distintos estados fenológicos del cultivo de soja, la disponibilidad de
nitrógeno mineral es variable y por lo tanto se encuentran variaciones en las
emisiones de óxido de nitroso.
III. Inoculación del Cultivo de Soja y emisiones de óxido de nitroso
- La inoculación del cultivo de soja aumenta los niveles de nitrógeno mineral
significativamente sólo en el período de descomposición del rastrojo, por lo cual
existirá efecto de interacción entre las variables inoculación y tiempo, sobre los
niveles de producción de óxido nitroso.
IV. Fertilización nitrogenada y emisiones de óxido nitroso
- En condiciones de campo la aplicación a la siembra de un cultivo de soja, de
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Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
fertilizante nitrogenado aumenta los niveles medios de nitratos edáficos y por lo
tanto aumentan los niveles de producción de óxido nitroso.
V. Descomposición de rastrojos y emisiones de óxido nitroso
- La incorporación de altas cantidades de rastrojos aumenta las pérdidas edáficas de
nitrógeno gaseoso (óxido nitroso) a través de una mayor incorporación de
nitrógeno y carbono respirable, con respecto a suelos a los que se les incorpora
menores cantidades de residuos.
3- MATERIALES Y METODOS
Se intentará corroborar las hipótesis en un experimento. El experimento relacionado a
las emisiones de gases nitrogenadas, se realizará teniendo en cuenta las siguientes variables:
a) el efecto de los distintos momentos fenológico del cultivo b) la inoculación del cultivo de
soja c) los efectos de la fertilización, y d) la descomposición de rastrojos.
3.1- Diseño experimental general
3.1.1- Ubicación del experimento
Se realizó un experimento en condiciones de campo, en un suelo Argiudol típico
correspondiente al predio experimental de la Facultad de Agronomía de la Universidad de
Buenos Aires. Al momento inicial del ensayo el suelo presentó valores de N-NO3-= 4.08 mg
kg -1 (Carole & Scarigelli, 1971); % Cox= 2.15 (Walkley & Black, Nelson & Sommers,
1982); %Nt= 0.20 (Kjeldahl); %HE 23.15; pH en una relación suelo-agua 1:2,5=6.8 (Thomas,
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Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
1996) y Pext= 89 mg kg-1 (Bray & Kurtz, 1945). El predio se dividió en parcelas de 2m x 2m,
constituyendo las mismas las unidades experimentales y que se asignaron aleatoriamente a los
tratamientos específicos, descriptos en el siguiente punto.
3.1.2- Diseño experimental general
El esquema básico de los tratamientos es un diseño completamente aleatorizado
(DCA), con arreglo factorial completo de tres por tres (3x3), con los factores inoculación
(presencia o ausencia de plantas) y fertilización (Figura 1):
Niveles de la Inoculación
• Sin cultivo (Control). (P0)
• Cultivo de Soja, inoculado.(Pi)
• Cultivo de Soja, no inoculado. (Pni)
En los tratamientos con cultivo (Pi y Pni), se sembró una soja de segunda, transgénica con
el gen RR (Resistencia a Glifosato), perteneciente a la marca comercial “Don Mario” cultivar
4800 (Grupo de Madurez IV, hábito de crecimiento Indeterminado), el 28 de diciembre de
2004, y se cosechó en forma manual el 3 de mayo de 2005, a los 126 días desde la siembra.
Las malezas en todas las parcelas fueron controladas con aplicaciones semanales o mensuales
del herbicida glifosato. Se realizó a Floración (R1) un conteo de nódulos en las raíces
principales y secundarias, para determinar el éxito de la inoculación.
Niveles de fertilización
• Sin fertilización (N0)
• Fertilización de nitrógeno como arrancador (15 kg N ha-1.) en forma de urea líquida. Esta
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Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
cantidad se aplica por única vez al inicio del experimento (N1).
• Fertilización de nitrógeno como arrancador (30 kg N ha-1) en forma de urea líquida. Esta
cantidad se aplica por única vez al inicio del experimento (N2).
Figura 1. Diseño Experimental
N0- No Fertilizado N1- Fertilización con 15 kg. N N2- Fertilización con 30 kg. N P0- Sin Plantas Pni- Con plantas, no inoculadas Pi- Con plantas, inoculadas
N2Pi(22)
N2P0(16)
N0Pni(10)
N2Pi(1)
N2Pi(15)
N2P0(8)
N0P0(17)
N1P0(24)
N0Pi(2)
N1Pni(9)
N1P0(18)
N2Pni(19)
N1Pi(20)
N0Pni(21)
N0Pi(27)
N0Pni(6)
N1P0(5)
N1Pi(14)
N2Pni(13)
N0Pi(12)
N2Pni(4)
N1Pni(3)
N0P0(11)
N1Pni(26)
N0P0(7)
N1P1(23)
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N2P0(25)
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N1Pni(9)
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N0Pi(27)
N0Pni(6)
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3.2- Medición de emisiones de Oxido Nitroso (N2O)
Para la realización de las mediciones de óxido nitroso, se utilizó el método de “Cámara
Cerrada Estática”, mediante cilindros de PVC de 15 cm de largo y 11 cm de diámetro interno
(Khera et al, 1999). La parte superior del cilindro se cerró herméticamente con una tapa a
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Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
rosca, donde se ubicó un septum de goma a través del cual se extrajeron las muestras gaseosas
de la atmósfera interna con una jeringa (Figura 2). Los cilindros se enterraron 8 centímetros
en el suelo y se sellaron cuidadosamente para impedir la pérdida gaseosa al exterior. Cada
medición involucró un día de acumulación de gases en los cilindros. Tres muestras gaseosas
adicionales de la atmósfera fueron agregadas para ser usados como blancos para el análisis de
gas. Una vez tomadas las muestras, éstas fueron transportadas inmediatamente al laboratorio
para ser leídas con cromatografía gaseosa. Las determinaciones se realizaron en Cromatógrafo
Gaseoso Agilent 6890 y detector ECD, con columna capilar Carboplot, usando como carrier
gas helio; las temperaturas de trabajo fueron de 100°C para el horno e inyector y de 250°C
para el detector.
El experimento abarcó todo el ciclo del cultivo de soja, desde el día 28 de diciembre de
2004 hasta el día 3 de mayo de 2005 y su posterior descomposición de rastrojos durante un
período de tiempo de 80 días. Las muestras de gases fueron tomadas con intervalos de dos
semanas entre muestreos durante el ciclo del cultivo. Los momentos de muestreo se
correspondieron con los siguientes estadíos fenológicos del cultivo: Siembra (S), un nudo
(V1), tres nudos desarrollados (V3), floración (R1), Comienzo de Formación de vainas-
Fructificación (R3), Llenado de Granos (R5.5), Máximo tamaño del grano (R6.5), Madurez
fisiológica (R8), 17 días después de Cosecha-Madurez Comercial (MC), 59 días después de
cosecha-Presencia de Rastrojos (R) y 80 días posteriores a la cosecha- Descomposición de
Residuos (DR). En caso de producirse precipitaciones, la frecuencia de muestreo fue alterada
debido a que el cronograma de muestreo debe incluir estos eventos para obtener medidas
confiables (Sexstone et al., 1985).
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Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
Figura 2. Esquema del cilindro para la extracción de muestras gaseosas.
Figura 2. Esquema del cilindro para la extracción de muestras gaseosas.
3.3- Pretratamientos y determinaciones químicas
Paralelamente, se extrajeron muestras de las parcelas en los mismos días en que se
realizaron las determinaciones de emisiones de óxido nitroso para los distintos tratamientos.
Dichas muestras fueron sometidas a los pretratamientos de secado a 40 ºC, tamizado por
tamiz de 0,2 milímetros. Excepto para la técnica de humedad gravimétrica, y para la
determinación de nitratos, este método no requiere secado ni tamización. Las muestras fueron
sometidas a las siguientes determinaciones básicas:
• pH suelo:agua 1:2,5 (Thomas, 1996)
• Carbono orgánico total (Nelson & Sommers, 1982)
• Carbono orgánico soluble (Mazzarino et al, 1993)
• Humedad gravimétrica.
• Nitratos (Carole & Scarigelli, 1971)
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Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
3.4- Análisis estadísticos
Se realizaron tres repeticiones por cada tratamiento. Se estudió el cumplimiento de los
supuestos de homogeneidad de varianza, y normalidad de las emisiones, Log-
transformándolas cuando no cumplieron con este último supuesto. Los análisis de los datos de
las emisiones gaseosas acumuladas totales, se realizaron mediante análisis de varianza
estándar de dos vías, con procedimientos lineales generales (PROC GLM) del Paquete
Estadístico SAS (SAS Institute, 1999), con posterior separación de tratamientos por test de
comparaciones múltiples según DUNCAN. Se realizó un análisis de varianza multivariado
(MANOVA) con el test Wilks Lamba del programa Infostat (2002), para determinar el efecto
de los factores involucrados en el experimento sobre las emisiones de N2O generales. Se
efectuaron análisis de regresión entre las emisiones acumuladas totales y los valores de las
variables edáficas medidas, a través del procedimiento PROC REG del SAS. También se
realizó un análisis de regresión lineal múltiple (Infostat, 2002) para las variables que explican
en mayor medida la variabilidad de las emisiones de óxido nitroso durante la descomposición
de los residuos. Se realizaron pruebas de análisis de conglomerados y de componentes
principales (PCA) con el programa Infostat (2002). Para lograr mayor comprensión de la
separación por conglomerados de las observaciones, es aconsejable realizar un análisis de
componentes principales. Este análisis permite visualizar en un mismo gráfico observaciones
y variables, para identificar asociaciones entre observaciones, entre variables, y entre
observaciones y variables en un mismo espacio.
17
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
4- RESULTADOS
4.1- Evolución de las emisiones de N2O
En los tratamientos con presencia de cultivo de soja, los rendimientos no presentaron
diferencias significativas con una media de 3052 kg ha-1, comprobándose visualmente el éxito
de la inoculación. En los tratamientos con plantas no inoculadas se observó nodulación de
cepas naturalizadas del suelo en las raíces secundarias del cultivo, no observándose presencia
de nódulos en la raíz principal. El número de nódulos en los tratamientos con cultivo fue
mayor en las parcelas en las cuales se incluyó como práctica la inoculación, con respecto a los
tratamientos no inoculados (Tabla 1).
Tabla 1. Rendimiento y números de nódulos para los tratamientos con la presencia de plantas
inoculadas (Pi) y no inoculadas (Pni).
Las emisiones de N2O presentaron una tendencia creciente, desde la siembra hacia la
finalización del ciclo del cultivo; la mayor acumulación se produjo durante las etapas
fenológicas de Llenado de granos hasta Madurez comercial, constituyendo las mismas
aproximadamente un 68% de las emisiones totales de óxido nitroso. Luego de la cosecha del
cultivo, las emisiones adoptaron una tendencia declinante. Estas tendencias se observaron en
18
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
todos los tratamientos involucrados en el experimento (Figura 2), y son similares a la
evolución de los nitratos y de la humedad del suelo durante un período de 20 días antes y 20
días después de la cosecha (Figura 3c).
Los mayores valores de emisiones de óxido nitroso se observaron en los tratamientos
fertilizados con mayores dosis e inoculados con bacterias fijadoras de nitrógeno (N2Pi),
durante los últimos intervalos de medición, registrando valores de hasta 5516.10 µg N-N2O
m-2 h-1, en el momento de madurez comercial del cultivo, MC-día 142 desde la siembra del
cultivo (Figura 2c).
4.2- Período de Descomposición de Residuos
Las emisiones de N2O presentaron una tendencia decreciente, desde la madurez
comercial hasta los posteriores 80 días a la cosecha. Los valores de carbono orgánico de los
residuos, nitrógeno orgánico y la relación C/N se presentan en la Tabla 2.
Tabla 2. Valores de Carbono, nitrógeno orgánico y relación C/N de los residuos de cada tratamiento.
19
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
Durante el período de descomposición de los residuos; las emisiones acumuladas
constituyeron aproximadamente un 28% de las emisiones totales de óxido nitroso.
100
1100
2100
3100
4100
5100
6100 N0P0N0PiN0Pni
N-N
2O (u
g.*
m-2
* h
-1) a
100
1100
2100
3100
4100
5100
6100 N1P0N1PiN1Pni
N-N
2O (u
g.*
m-2
* h
-1) b
0 25 50 75 100 125 150 175 200100
1100
2100
3100
4100
5100
6100 N2P0N2PiN2Pni
Días
N-N
2O (u
g.*
m-2
* h
-1) c
Siembra Cosecha
R 5.5 Llenado de Granos
Día 84
MC- Presencia de Rastrojos Día 142
Figura 2. Emisiones de N2O en función del tiempo para los distintos tratamientos del factor
inoculación en las situaciones: no fertilizadas (a), fertilizadas con 15 kg N ha-1 (b) y
fertilizadas con 30 kg N ha-1 (c).
20
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
Figura 3. Evolución de las emisiones de óxido nitroso (a) y de las variables reguladoras de
las mismas, b- Nitratos, c- Humedad y d- Carbono soluble, durante los momentos ontogénicos
del ciclo del cultivo de soja.
21
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
4.3- Efecto de la Inoculación y la Fertilización Nitrogenada sobre las emisiones de óxido
nitroso acumuladas durante el experimento.
En el análisis de las emisiones acumuladas durante el ciclo del cultivo, se detectaron
efectos significativos de las variables fertilización y de la interacción fertilización-
inoculación, pero no de la variable inoculación (Tabla 3).
Tabla 3. Análisis de Varianza de los efectos sobre las emisiones acumuladas.
22
Efecto de la Variable Valor F Valor P
Fertilizaci ón 19.34 <0.0001
Inoculación 2.62 0.0999 Fertilización * Inoculación 3.38 0.0314
Cuando las parcelas fueron fertilizadas con urea líquida las emisiones acumuladas de
óxido nitroso tendieron a aumentar ante la presencia de plantas de soja, en especial en
aquellas inoculadas con microorganismos (Pi>Pni>P0), mientras que cuando no fueron
fertilizadas la presencia del cultivo tendió a disminuciones en las emisiones de dicho gas
(P0>Pni>Pi) (Figura 4). Sólo en los tratamientos con mayores niveles de fertilización (N2)
hubo un ligero efecto significativo del factor inoculación (P=0.09), no manifestándose en los
otros tratamientos. Tampoco se observaron efectos del factor inoculación sobre las emisiones
gaseosas cuando se realizó el análisis en cada día de medición.
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
N0 N1 N2
N2O
(ug.
* cm
-2)
P0 Pni Pi
* a
ab
bns
ns
Figura 4. Efecto de la Inoculación bajo distintos niveles de fertilización nitrogenada sobre las
emisiones acumuladas de óxido nitroso.
* Significativo al 10%.
La fertilización nitrogenada aumentó significativamente (P<0.05) las emisiones
acumuladas de óxido nitroso (figura 5). Las diferencias en emisiones entre tratamientos de
fertilización son mayores en los tratamientos con plantas de soja, especialmente en aquellas
inoculadas, aumentando 1,6; 2,4 y 7,8 veces las emisiones ante el agregado de 30 kilogramos
de nitrógeno por hectárea en las situaciones sin plantas, con plantas de soja no inoculadas y
con plantas inoculadas, respectivamente.
23
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
N2O
(ug.
* cm
-2)
ab
aa a
Figura 5. Efecto de la ferti
nitroso, para parcelas sin p
Bradyrhizobium japonicum.
4.4- Efecto de la Inoculació
nitroso generales durante e
Resultado de la evalu
multivariado (MANOVA); e
generales (Tabla 4), en c
significativos. Las emisiones
11 (P<0.1). En la fecha núme
dos de fertilización con resp
produjo diferencias entre tod
Po
a
lización nitroge
lantas, con pla
n y la Fertiliza
l experimento.
ación de las emi
l factor nitrógen
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ecto a la situac
os los niveles d
b
Pni
N0 N1
nada sobr
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siones gen
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ión no fer
e fertilizac
b
Pi
N2
a
e las emisiones acum
oja no inoculadas e
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erales mediante un aná
ecto significativo sob
ión y la interacción
tre sí en las fechas 2,
eron en los tratamiento
tilizada. En la fecha n
ión, sin embargo en la
b
uladas de óxido
inoculadas con
siones de óxido
lisis de varianza
re las emisiones
resultaron no
9 ,10 (P<0.05) y
s con un nivel y
úmero nueve se
fecha siguiente
24
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
(fecha 10) las diferencias se produjeron sólo con dos niveles de fertilización (Tabla 5).
Tabla 4. Análisis de Varianza de los efectos sobre las emisiones N2O generales.
Tabla 5. Emisiones N2O generales ordenamiento por fechas que presentaron diferencias
significativas en el factor nitrógeno.
Los factores inoculación y la interacción N x I sólo fueron significativos (P<0.1) para
el caso de la fecha once. El único nivel que difirió al resto de los tratamientos, fue la
fertilización a su dosis superior (N2).
4.5- Relación de las Emisiones de N2O con las variables edáficas medidas
Las emisiones de óxido nitroso acumuladas no se relacionaron estadísticamente con el
carbono orgánico total, humedad y el pH. La única variable que presentó correlación con las
emisiones fue el contenido promedio de nitratos del suelo (r2 = 0.1899; P=0.0231) durante la
realización del experimento (Figura 6).
25
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
20 30 400
10
20
30
N-NO3- mg kg-1
Log.
N-N
2O u
g m
-2h-1
Figura 6. Relación entre las emisiones de óxido nitroso y el contenido de nitratos del suelo.
En los tratamientos inoculados, la relación de las emisiones y el contenido de nitratos
en el suelo (0-20 cm) resultó significativa y más importante (r2 = 0.6614; P=0.0077) que la
presentada a nivel general del experimento (Figura 7).
15 20 25 30 35 400
1
2
3
4
N-NO3- mg kg-1
Log.
N-N
2O u
g m
-2h-1
Figura 7. Relación entre las emisiones de óxido nitroso para el caso de los tratamientos
inoculados y el contenido de nitratos del suelo.
26
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
4.5.1- Relación de las Emisiones con las variables edáficas durante el período de
determinación del rendimiento del cultivo de soja.
Las emisiones de óxido nitroso presentaron relación con la humedad edáfica durante el
período crítico, desde llenado de granos hasta la madurez comercial del cultivo de soja, (r2 =
0.5361; P<0.0001), con una duración de 58 días con antelación a la cosecha (Figura 8).
Figura 8. Relación entre las emisiones de óxido nitroso y la humedad edáfica durante el
período crítico del cultivo de soja.
La relación entre la variable contenido de nitratos en el suelo y las emisiones de óxido
nitroso (r2 = 0.1733; P=0.0308) se estableció en forma ligeramente estrecha durante el
período de determinación del rendimiento del cultivo (Figura 9).
27
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
Figura 9. Relación entre las emisiones de óxido nitroso y la humedad edáfica durante el
período crítico del cultivo de soja.
4.5.2- Relación de las Emisiones con las variables edáficas durante el período de
descomposición de rastrojos del cultivo de soja.
Las emisiones de óxido nitroso presentaron relación con el carbono soluble del suelo
durante la descomposición de los rastrojos del cultivo (r2 = 0.2593; P=0.0067), con una
duración de 80 días posteriores a la cosecha (Figura 8).
28
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
Figura 8. Relación entre las emisiones de óxido nitroso y el carbono soluble del suelo durante
la descomposición de los residuos del cultivo de soja.
La relación entre la variable humedad y las emisiones de óxido nitroso (r2 = 0.2392;
P=0.0394) se estableció en forma estrecha durante el período de descomposición de rastrojos
(Figura 9).
Figura 9. Relación entre las emisiones de óxido nitroso y la humedad edáfica durante la
descomposición de los residuos del cultivo de soja.
29
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
El modelo propuesto por el análisis de regresión múltiple es significativo (P=0.0465).
Las variables regresoras seleccionadas que se utilizaron fueron el porcentaje de humedad
edáfica (% v/v), el contenido orgánico de carbono soluble, pH y el contenido de nitratos (0-20
cm), cuya importancia puede observarse en la Tabla 6.
Las variables humedad y contenido de carbono orgánico soluble del suelo se
correlacionaron positivamente y de forma significativa con las emisiones de nitrógeno
(p<0,05), mientras que el contenido de nitratos pareció no influir en la magnitud de estas
pérdidas durante el proceso de descomposición de residuos. El modelo completo sería el
siguiente:
30
Emisiones de N2O = 12,75 + 0,25 * HUMEDAD (%) + 0,03 * C SOL (ppm) (ug N-N2O m-2 * h-1)
El coeficiente de determinación entre las variables fue significativo con un valor de
0.5 (r2= 0.5).
Tabla 6. Análisis de regresión y significancia de las variables explicatorias.
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
En el análisis de clusters o conglomerados se utilizó la distancia euclidea promedio,
distancia de 0.68, para la separación de los efectos de los tratamientos bajo análisis.
0,00 1,12 2,23 3,35 4,47Distancia
N0P0-1N0P0-2
N0Pni-2N0Pni-3N0P0-3
N1Pni-3N2Pni-2N2Pni-3N1P0-1N1P0-2N1P0-3N2P0-1
N1Pni-1N0Pi-1N1Pi-1N1Pi-2N1Pi-3N0Pi-2N0Pi-3
N0Pni-1N1Pni-2N2P0-2N2P0-3
N2Pni-1N2Pi-1N2Pi-2N2Pi-3
WardDistancia GI
GII
GIII
Figura 10. Análisis de Conglomerados o Clusters entre los tratamientos involucrados.
En el primer nivel de separación (GI), en el extremo superior del gráfico (Figura 10),
se observa una diferencia en el agrupamiento, esto corresponde a las repeticiones del
tratamiento que presenta la dosis de 30 kg N * ha-1 e inoculación del cultivo, esto también se
observa en los gráficos de componentes principales (Figura 11). En el segundo nivel (GII) se
ordenaron los tratamientos con ausencia o presencia de plantas no inoculadas con la mayor
dosis de fertilización (N2), exceptuando una repetición del tratamiento con una dosis menor
de fertilización y no inoculado. En el último nivel de agrupamiento (GIII), extremo inferior,
no se observa una tendencia clara, por lo cual podemos concluir que los tratamientos con
31
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
dosis inferiores de fertilización, independientemente de la práctica de inoculación o la
presencia de plantas, presentan un bajo grado de asociación con las variables en estudio.
En la figura número once, teniendo en consideración los dos primeros ejes, podemos
observar que los tratamientos con mayor dosis de fertilización e inoculación presentan un
mayor grado de asociación con las emisiones de óxido nitroso durante las fechas nueve, diez y
once (9, 10 y 11), relacionadas con los momentos de finalización del ciclo del cultivo (MC-
madurez comercial) y descomposición de los residuos. El contenido de nitratos en el suelo
durante la fecha 8 (MF-Madurez Fisiológica) y en menor medida la humedad en la fecha 9
(MC), presentan grado de asociación con los tratamientos mencionados con antelación.
Las medidas que caracterizan a las variables en análisis (Tabla 5) y los valores de los
autovectores correspondientes a cada eje, los autovalores con su correspondiente variación, se
presentan en la tabla del análisis de componentes principales (Tabla 6), la proporción
acumulada de variación explicada por los ejes es del 53,06% (por ciento).
Tabla 5. Medias, máximos (Máx.), mínimos (Mín.) y Coeficiente de variación (CV %) de los
parámetros de las emisiones de óxido nitroso.
32
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
Tabla 6. Valores de los componentes principales (PCA1 y PCA2) de variables explicatorios de
las emisiones de óxido nitroso durante el ciclo del cultivo de soja (señalados en la Tabla 1).
Figura 11. Análisis de componentes principales sobre los parámetros de las emisiones de
óxido nitroso (tres repeticiones). Circunferencias indican la segregación de grupos. Símbolos
según Fig. 10.
5- DISCUSIÓN
La evolución de los gases en función del tiempo es similar en los tratamientos con
plantas de soja con respecto a aquellos sin la presencia de planta, coincidiendo con hallado
por Marinho et al (2004), en un cultivo de soja de la región de Mississipi. Las emisiones de
óxido nitroso presentan una evolución similar y se encuentran relacionadas a los niveles de
33
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
nitratos y humedad edáficos, durante el período de mayores pérdidas gaseosas. Este período
que comienza a partir del llenado de granos y finaliza hacia la madurez comercial del cultivo
fue determinante en las emisiones de óxido nitroso durante el cultivo de soja. Estos resultados
son coincidentes con los hallados por Yang & Cai (2005), quienes encontraron que alrededor
del 94% de las emisiones totales se concentraron en dicho período. Por lo tanto se puede
considerar a este intervalo de tiempo, como el “período crítico de las emisiones”, durante el
ciclo del cultivo de soja.
Algunos autores sugieren que la fijación biológica de nitrógeno, producto de la
colonización de raíces de leguminosas por bacterias simbiontes, nativas o inoculadas, es una
importante fuente de óxido nitroso (Mosier et al., 1996; Mosier, 1998). Por el contrario, en el
presente trabajo sólo se encontró un ligero efecto significativo (P=0.09) de la presencia del
cultivo de soja sobre las emisiones de óxido nitroso sólo en las situaciones con mayor dosis de
fertilización, coincidiendo con lo predicho por Breitenbeck y Bremner (1989); quienes
postularon que a pesar de que las bacterias fijadoras simbióticas son capaces de denitrificar
nitratos en condiciones anaeróbicas, la población de este microorganismo sea muy pequeña
para tener una influencia de importancia relativa en la tasa de denitrificación de los suelos.
Sin embargo cuando se analizaron las emisiones de los tratamientos inoculados con respecto a
los nitratos, se observó una asociación fuerte, infiriéndose que cuando las condiciones de
nutrición del cultivo y del suelo son adecuadas, la humedad edáfica moderada a elevada y el
aporte de carbono vegetal consecuente de una producción elevada, el principal factor
regulador de las emisiones es el contenido de nitratos en el perfil del suelo. Coincidente con lo
mencionado el factor cultivo sólo tuvo efecto para el caso de los tratamientos inoculados,
vinculado con la producción diferencial de materia seca.
34
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
El efecto de la fertilización nitrogenada sobre las emisiones observado en el presente
trabajo es coincidente con lo hallado por numerosos autores (Kaiser et al, 1998; MacKenzie et
al., 1998; Ghosh et al., 2002). Los mayores valores de emisiones de los tratamientos con
plantas de soja inoculadas y fertilizadas, donde los nitratos son adecuados para el proceso
denitrificatorio, se deberían a que el cultivo aporta material carbonado fácilmente disponible,
producto de la descomposición de raíces durante el final del ciclo de cultivo. En el presente
trabajo encontramos evidencia de esta información en la evolución del carbono soluble,
constituido por azúcares y aminoácidos de la solución del suelo, el cual disminuye en el
período donde las emisiones de óxido nitroso se incrementan. Esto implicaría que el carbono
más fácilmente disponible para los microorganismos es consumido y utilizado como sustrato
elemental para el crecimiento de la flora y fauna microbiana, favoreciendo de esta manera a la
totalidad de microorganismos y específicamente a los nitrificadores y denitrificadores del
suelo. Se considera que, en condiciones de campo, la denitrificación estaría limitada por la
cantidad de carbono susceptible de ser mineralizada (Khalil et al., 2001; Sainz Rozas et al.,
2001). La biomasa de bacterias heterotróficas, entre ellas las denitrificadoras, está
probablemente controlada en forma primaria por la disponibilidad de carbono bajo
condiciones aeróbicas, aumentando las pérdidas por denitrificación (Palma et al., 1997). El
carbono soluble del suelo tuvo importancia en la regulación de las emisiones durante el
período de descomposición de los residuos. Las emisiones se incrementaron hacia la
finalización del ensayo en forma de que se produjo mayor descomposición de los rastrojos y
por lo tanto incrementos en el carbono soluble del suelo. El aporte diferencial de materia seca
puede observarse en la tabla 1, los mayores rendimientos de los cultivos inoculados aportan
mayores residuos, de baja relación C/N, debido a la alta estabilidad presentada por el índice
35
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
de cosecha para las condiciones en que fue desarrollado el experimento. Por otro lado, en
situaciones sin fertilización nitrogenada, la presencia de plantas probablemente disminuyó
seriamente la cantidad de nitrógeno mineral edáfico, limitando el proceso de denitrificación,
el principal responsable de las emisiones de óxido nitroso.
La humedad es considerada uno de los principales reguladores de las emisiones
gaseosas de nitrógeno a campo (McTaggart et. al, 1997; Clayton et. al, 1997; Dobbie et. al.,
1999). Sin embargo en el presente trabajo, no se encontró una relación significativa entre las
emisiones y la humedad (P=0.35) cuando el análisis se realizó teniendo en cuenta la duración
completa del ensayo. La humedad presenta un mayor control en las emisiones de N2O entre el
estadío fenológico R5.5 y la Madurez Comercial del cultivo (P<0.0001), coincidente con un
balance positivo del N disponible en el suelo, por una disminución de la demanda por el
cultivo y un incremento en los aportes debido a la descomposición del sistema radicular y
nodular (Yang & Cai, 2005). Esta interacción también puede explicar las menores emisiones
de óxido nitroso ocurridas al comienzo de la Fructificación-Formación de vainas del cultivo (a
los 70 días de establecimiento del cultivo desde la siembra), donde la humedad edáfica
presenta valores elevados (30% de humedad m/m), pero la absorción del cultivo disminuye
los nitratos del suelo. Sin embargo, la humedad durante el período de descomposición de
rastrojos constituyó un factor clave. Presentando una asociación estrecha con las emisiones de
óxido nitroso, incrementándose las emisiones a medida que se producían incrementos en los
contenidos de humedad edáfica.
La mineralización de los residuos y su relación con las emisiones de óxido nitroso es
dependiente de la relación carbono: nitrógeno (C/N) de los rastrojos (Eichner, 1990; Németh
et al., 1996). Se demostró que la tasa de denitrificación es dependiente de la cantidad de
36
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
carbono orgánico rápidamente utilizable (Yao Huang, 2004). La influencia del tipo de residuo
y su relación con la calidad (C, N, contenido de lignina y relación C/N), influyen en las
pérdidas de nitrógeno del suelo (Millar y Baggs, 2004); bajas relaciones C/N de los residuos
en general resultan en incrementos en el carbono soluble del suelo y en las emisiones de óxido
nitroso (Yao Huang, 2004). Residuos de cultivos de leguminosas (baja relación C/N)
incrementan las emisiones en mayor proporción comparado con rastrojos de cereales (Aulakh
et al., 1991). La incorporación de residuos incrementa el carbono soluble del suelo y provee
una fuente de C y N rápidamente disponible, generando condiciones predisponentes para las
emisiones de óxido nitroso. Residuos de baja relación C/N presentan una mayor
descomposición, esta situación provee la oportunidad de una mayor producción de carbono
soluble, sustrato para los microorganismos, responsable del incremento en las emisiones
(Hadas et al., 2003). Rastrojos de cultivos con relación C/N de 25-75 intermedia, sufren una
serie de procesos de transformación y consecuente mineralización de manera rápida; sin
embargo la mineralización del nitrógeno es a menudo contrarestada por un incremento en la
inmovilización microbiana como así también por la complejación de las proteínas celulares de
los residuos por polifenoles, cuando se produce la lisis celular de los tejidos (Yao Huang,
2004). Durante el período de descomposición de residuos las variables que mejor se
relacionaron con las emisiones fueron el carbono orgánico soluble y la humedad edáfica, que
explicaron en forma conjunta un 50 % de la variabilidad de las emisiones, obteniéndose el
modelo respuesta para esta situación particular de los niveles de emisiones de óxido nitroso.
El contenido de nitratos no se relacionó con las emisiones durante este intervalo de tiempo,
presentando los mismos valores superiores a 15 ppm en promedio durante todo este período,
esto permite sospechar que estos valores no fueron limitantes para los procesos generadores
37
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
de óxido nitroso.
La presencia de correlación entre las variables analizadas y las emisiones de óxido
nitroso es dependiente del estado fenológico del cultivo y del momento de descomposición de
sus residuos; probablemente esto se deba a la combinación compleja de temperatura,
estructura del suelo, concentración de nitratos, aireación y contenido de humedad, cada factor
variando espacial y temporalmente y teniendo efectos independientes en las emisiones de
óxido nitroso (Liang & Mackenzie, 1997).
En consecuencia con los análisis multivariados de conglomerados y de principales
componentes, que permiten ordenar los tratamientos en función de las variables que mejor
explican sus órdenes de magnitud; se puede concluir que las emisiones de óxido nitroso
durante el cultivo de soja presentaron un elevado grado de asociación en los tratamientos con
mayor dosis de fertilización, siendo esta práctica de fundamental importancia en los niveles
de emisiones. Un menor grado de relación se presentó entre los tratamientos con ausencia de
plantas o presencia de cultivo de soja no inoculado, con la mayor dosis de fertilización. Una
inexistencia de asociación se observó entre los tratamientos con niveles menores de
fertilización, indiferentemente del factor inoculación. Esto nos permite inferir de la
importancia que reviste el factor inoculación con dosis de fertilizante nitrogenado superiores
(15 kg N * ha -1) sobre las emisiones de óxido nitroso. El análisis multivariado puede ser
considerado como un enfoque valioso para el entendimiento de la generación de óxido nitroso
en sistemas agrícolas con el objeto de mitigar esta importante fuente de polución atmosférica.
6- CONCLUSIONES
Las emisiones de óxido nitroso presentaron una tendencia creciente durante el ciclo del
38
Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
cultivo, presentando una mayor acumulación durante las etapas fenológicas de Llenado de
granos-Madurez comercial, representando aproximadamente un 68 % en promedio de las
emisiones totales de óxido nitroso. Estos altos niveles de emisiones al finalizar el ciclo de
cultivo parecen deberse a mayores niveles de carbono producto de la senescencia nodular y
radicular y elevadas disponibilidades de nitrógeno mineral debido a la senescencia del cultivo.
La inoculación con bacterias de la especie Bradyrhizobium japonicum no tuvo efectos de
importancia sobre las emisiones de óxido nitroso, sólo presentó un ligero efecto en el
tratamiento tratado con la mayor dosis de fertilización. Una asociación fuerte se observó entre
las emisiones de óxido nitroso y el contenido de nitratos en los tratamientos inoculados con
bacterias fijadoras, infiriéndose que la principal variable reguladora de las emisiones en estos
casos es el nitrógeno mineral, cuando las condiciones de humedad y carbono vegetal no son
limitantes. La fertilización nitrogenada tuvo un efecto decisivo en estas pérdidas de nitrógeno
del suelo, en especial en aquellas situaciones donde se cultivó soja inoculada con bacterias
simbiontes, presentando esta combinación los mayores valores de emisiones. Las emisiones
acumuladas durante el intervalo de realización del ensayo se correlacionaron solamente con
los niveles promedio de nitratos, mientras que las variables carbono soluble y humedad se
asociaron a las emisiones durante la descomposición de los rastrojos, intervalo de tiempo
durante el cual el contenido de nitratos no sería limitante. La presencia de correlación entre
las variables analizadas y las emisiones de óxido nitroso es dependiente del estado fenológico
del cultivo y del momento de descomposición de sus residuos y probablemente esto responde
a que las emisiones se encuentran reguladas por una combinación compleja de factores, con
una fuerte variación espacial y temporal. El análisis multivariado puede ser considerado como
un enfoque valioso para el entendimiento de la generación de óxido nitroso en sistemas
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Efecto de la fertilización y la inoculación con Bradyrhizobium japonicum en las emisiones de óxido nitroso en un cultivo de soja [(Glycine max L.) Merrill]
agrícolas con el objeto de mitigar esta importante fuente de polución atmosférica.
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